輻射換熱百度文庫

1、11-4輻射換熱的計(jì)算基本假設(shè)：(1) 進(jìn)行輻射換熱的物體表面間是不參與輻射 的介質(zhì)(單原子或結(jié)構(gòu)對稱的雙原子氣體.空氣)或 真空；(2) 參與輻射換熱的表面均為漫灰體或黑體 表面；(3) 參與輻射的所有表面，溫度、輻射特性 及投入輻射分布均勻.> 角系數(shù)(View Factor)1角系數(shù)的定義離開表面z的總輻射能中直接投射到表面丿的份額 稱為表面i對表面丿的角系數(shù)，用符號Xq表示.假設(shè)有兩個(gè)任意位置的黑體表面八j,如圖所示：dA cos 6= L/idAi cosqdQr = LhjdA. cos0.；EdA cos 9,dAf cos 07兀cos 3 cos 3.=為一 傘昨 兀廠

2、rf < £#開整個(gè)黑體表面j直接投射到表面）的輻射能為 LCOS O COS 0 =f E, -dAdAf Jaj Jaz hl2I J27trrcrCOS。 cos。®Ajtip離開整個(gè)黑體表面i的總輻射能為如，根據(jù)角系 數(shù)的定義、4一 ；1 . . cos 3. cos 3.X. . = LdA dA"AE. aH兀r' Ji bi/rf < £#1cos&. cosO2TtrX =f f H-dA dAl4%2,1 =4aX2a,l + A>b2b,l同理可得cos G. cosO' J dAdA ” J

3、Ji r1可以看出，在上述假設(shè)條件下，角系數(shù)是幾何量，只取 決于兩個(gè)物體表面的幾何形狀.大小和相對位置。2.角系數(shù)的基本性質(zhì)（1）角系數(shù)的相對性（互換性）AixiJ = AJj2）角系數(shù)的完整性對于N個(gè)表面包圍并形成一個(gè)封 閉腔，根據(jù)角系數(shù)的定義有NX | +X_ +X + + x“ =1Z / JiA2rj7=1(3 )角系數(shù)的可加性(分解性)4化/1.2 =A£biX 1,2a + 4化/ 1.2乃X.2 = X.2a + X.2b2a2bA>b22,l = 22ab22a4 + 2%bb22bJ3角系數(shù)的計(jì)算方法01109 a r主要有積分法.代數(shù)法.圖解法(或投影法)等

4、.(1)積分法根據(jù)角系數(shù)表達(dá)式通過積分運(yùn)算求得角系數(shù)098765 4 3 21-aa a a a 6 6 a0.01.cos6 cos6A 一 MS971廣?:Ifli0. 040. 030. 0235 68 10200. 090. 080. 070. 060. 050203 040. 5 0608 12Y/H0987 6 5 4 326O.66 6 a ao.1987 6 5 4is 人OJOO o o o a ooo o o o o平行長方形表面間的角系數(shù)XI0.40302010. 20304050608 12345 61020Z/X3 20.5X)相互垂直的兩長方形表面間的角系數(shù)f 八孑

5、0.81.02.03.05.0& 010.0i/n兩同軸平行圓盤間的角系數(shù)0(2)代數(shù)法易U用角系數(shù)的定義及性質(zhì), 過代數(shù)運(yùn)算確定角系數(shù)。圖(a), (b)： X|2=l圖(d) ： Xh2 = X234厶a=1三個(gè)非凹表面構(gòu)成的封閉空腔A產(chǎn)a2xX,X2.3=A=AAtX+) 4X3J +4X3 2 = 4Ma4 X.3 = 4X3iX.2 + 4 X 3 + 冬 x? 3 = (A + 亠 + ) 冬+企一 4 = 2A -4 + 4 44X12+M3 =4 = X2312 +4 12厶22,1 + 4?*2,3 =X 32AAX3.1+AX3.2 = A Q X12_ 4 + 人

6、2 企 l+l2l3=242/.Xgx2 = 1 xc - Xgab + ac beX®2人2/,(ad + be) (ac + bd )ah + bd ad1.22abX對兩個(gè)黑體表面構(gòu)成封閉腔，兩表面間的 交換熱量：習(xí)2 = 4X 2 （化1 -化2）=E“ - %_ 1M.2由N個(gè)黑體表面構(gòu)成封閉空腔NN=Vaxt 厶i.J 厶一 /八 b*b/ /j=j=被透熱介質(zhì)隔開的表面間的輻射換熱1黑體表面之間的輻射換熱對于任意位置的兩個(gè)黑體表面1、2>5-2 = 4X 2化1 他-1 =仏 X? 1血2* %2 =嘰-嘰=A.A-厶七竝=4兀2 （久一化2）=（久一化2）E _

7、 EIG逬2 = -列一亠 空間輻射熱阻4綸2W.2注意：0,是兩個(gè)任意位置的黑體表面1、2之間直接的輻射換熱量，沒考慮其它表面的夠響.2.漫灰表面之間的輻射換熱有效輻射：單位時(shí)間內(nèi)離開單位面積表面的總 輻射能，用符號J表示，單位是W/m?.物理意義：是單位面積表面自身輻射力與反射的投入輻射之和。表面處感覺到的輻射能量，是可用儀器測得的單位面積輻射功率。單位面積的輻射換熱量:=J G A上兩式聯(lián)立可解得E.-J=1一£Ae=&A &1 £表面輻射熱阻As對于黑體表面，&=1,表面輻射 熱阻為零、J = Eb £j4£表面輻射熱阻網(wǎng)

8、絡(luò)單元兩個(gè)漫灰表面構(gòu)成封閉空 ,7；7；,表面1凈損失.表 面2凈獲得的熱量分別為©=Ez_J' 1 一£A】®表面1、2之間凈輻射換熱量為5,2 = 4兀 2厶-4X2 1 厶 = 4x2（厶厶）=厶</9 一 E.4 =-1&22 L 1 衛(wèi)1*1,2根據(jù)能量守恒，省=馬=省2空間輻射熱阻網(wǎng)絡(luò)單元4®AX,2 y兩表面封閉空腔的輻射網(wǎng)絡(luò)込2hl,込* 1I 月1掐,2川2玉2猛倉兩平行壁構(gòu)成的封閉空腔4=4"_ 人2 = "1=久_ Eg'1 _ £、11 _ 6TLd1g 4X|2 也=営

9、、¥小=4氣2 (久-Eb2)£ + j 1筍2稱為系統(tǒng)黑度非凹表面1和包殼2之間的輻射換熱A. (E. . _'1 、 一i 邑）X|.2=3.2=F心如果4 « A 九2 = 4® （化1 化2）Bo 三、多個(gè)漫灰表面封閉空腔內(nèi)的輻射換熱貢3務(wù)閉空腔內(nèi)任意一個(gè)表面r凈損失的輻射熱流量等于該表面與所有表面交換的輻射熱流量的代數(shù)和，即=士曲".幾)y=in一 1 工Xj j(Jj-Jj)力=1T或者直接根據(jù)表面i的有效輻射的定義,=厶=化,4% i 、nnJ. =.£：b. +（siyXj .JjAj/A.NXj 詁）j=j=

10、汗箏警原則上，對于N個(gè)表面構(gòu)成的封閉空腔，可以寫 話毒個(gè)表面有效輻射節(jié)點(diǎn)方程，構(gòu)成由N個(gè)有效輻射 節(jié)點(diǎn)方程組成線性方程組。只要每個(gè)表面的溫度. 發(fā)射率已知，相關(guān)角系數(shù)可求，就可以通過求解線 性方程組得到各表面的有效輻射，進(jìn)而求得每個(gè)表 面的凈輻射換熱量.N J=s-J=1 _輻射網(wǎng)絡(luò)法：1 6N=V AX （J - J ）丿=1N J - 1空腔內(nèi)表面i與其它表面之間的輻 射換熱網(wǎng)絡(luò)單元只要利用相應(yīng)的空間輻射熱阻將封閉腔所有的 有效輻射節(jié)點(diǎn)連接起來，就構(gòu)成了完整的輻射換熱 網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)而可以運(yùn)用電學(xué)中直流電路的求解方法, 求出各節(jié)點(diǎn)的有效輻射及各表面的凈輻射換熱量。這種方法稱為輻射網(wǎng)絡(luò)法。三個(gè)漫灰

11、表面組成的封閉空腔的輻射換熱網(wǎng)絡(luò)_勻習(xí)巳 1 -411J -1-1,2-22 匕yi1輻射表面：有效輻射等于投 入輻射，J, =Gi ,凈 輻射換熱量等于零。對漫灰體重輻射 面，S. = CC. »J1 = si Eh. + （1 企）G i=> j = e 重輻爲(wèi)面的存在 改變了輻射能的方向 分布，所以夠響整個(gè) 系統(tǒng)的輻射換熱。/必,3 §衛(wèi)2屜3kz3 A3%/必34 = %輻射網(wǎng)絡(luò)中的重輻射面31 £i勺11,2 J?占2冷2 丘嚴(yán)例111某房間尺寸如圖所示，在樓板中布置加熱盤管, 測得的參數(shù)如下：t=250C, e1=0.9; t2=10 °

12、;C, e2=0.8; t3=13 °C ,83=0.8; t4=ll °C, 84=0.60'鄉(xiāng)rr11-5輻射換熱的強(qiáng)化與削弱-輻射換熱的強(qiáng)化以兩表面封閉空腔的輻射為例增加表面1的發(fā)射率更有效如果4 « A :5,2 = AS （尢6仇2）rfco 二.輻射換熱的削弱（遮熱板的原理）遮熱板的主要作用就是削弱輻射換熱。以大平壁間的輻射換熱為例。沒有遮熱板時(shí)，兩 塊平壁間的輻射換熱 有2個(gè)表面輻射熱阻.1個(gè)空間輻射熱阻。在兩塊平壁之間加 一塊大小一樣.表面 發(fā)射率相同的遮熱板3 如果忽略遮熱板的導(dǎo)熱熱阻，則總輻射熱阻增加了 1倍，輻射換熱量減少為原來的1/

13、2,即80腳的 滌綸飆O =（I） f.2r.22果加n層同樣的遮熱板，則輻射熱阻將增大n倍, 輻射換熱量將減少為n + 遮熱板通常采用 表面發(fā)射率小 表面輻射熱阻大的材料，如在航天 工程中經(jīng)常采用的鍍鋁滌綸薄膜， 聚亞酰胺薄膜等超級多層復(fù)合隔熱 材料，每層膜厚620 pirn,膜的表 面發(fā)射率只有0.02 0.04,同時(shí)在膜 中間抽真空，垂直于膜厚方向上的 當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)低到10-5 W/（mK）.I遮熱板在測溫技術(shù)中的應(yīng)用 熱電偶測溫裸露熱電偶熱平衡:必（耳7）=比口（74一7；4）測溫誤差：£0（呼一可）£ _召=- h與對流換熱表面?zhèn)鳠釡y溫誤差和輻射換熱量成正比，系數(shù)

14、力成反比. 丫£當(dāng)Tf =1000 K、7=800 K. &|=08、/?=40 W/（m2-K） 時(shí)，測溫誤差可達(dá)144K減少測溫誤差的方法遽必電偶端部加一個(gè)遮熱罩3, 熱電偶端點(diǎn)的熱平衡表達(dá)式力7) = ®b(74存)遮熱罩的熱平衡表達(dá)式2方(耳-石)=&7(可-可)當(dāng)遮熱罩的表面發(fā)射率為6- 3=0.2時(shí)，聯(lián)立求解以上兩式, 可求得測溫誤差Tf- T1=44K.可見，加遮熱罩后，相對 測溫誤差由未加遮熱罩的14.4%降低到4.4%。例11-2 圓柱型空腔的直徑為抽氣式熱電偶：遮熱罩做成抽氣式，以便強(qiáng)化燃?xì)?與熱電偶之間的對流換熱，提高表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)乩=1

15、0 cm.深度為/ = 40 cm ,爐腔內(nèi)壁 面發(fā)射率為£ = 0.2 ,空腔內(nèi)壁面溫度為727 °C。試問：(1) 單位時(shí)間內(nèi)從空腔發(fā)射出多少輻射能？(2) 如果空腔所在的室內(nèi)周圍壁面溫度為27 °C ,單位時(shí)間內(nèi)空腔的凈輻射散熱損失為多少？(3) 如果保持空腔的幾何尺寸不變，將空腔設(shè) 計(jì)成發(fā)射率大于0.99的人工黑體腔，試問空腔內(nèi)壁面 的發(fā)射率至少多大？寸閥例113預(yù)設(shè)計(jì)一個(gè)開口半徑為r= 1cm.開口發(fā)射 萍龍6.999的球型人工黑體腔，已知空腔內(nèi)壁材料表面黑度為0.9 ,試確定黑體腔的半徑/?站些例11-4有兩個(gè)薄金屬板做成的長同心套管1、2, 直徑務(wù)別為£=5cm和弘=10cm,溫度分別為tx = 200°C 和G=100°C,表面發(fā)射率均為0.8,如果忽略通過端部 邊嫁和周圍環(huán)境的輻射換熱，試求單位長度套管間的輻 射換熱量；如果在兩個(gè)套管間插入另一個(gè)直徑為厶= 7.5cm.同樣長度的薄金屬管3,其表面發(fā)射率為0